多不飽和脂肪酸在雄性反芻動物中的應(yīng)用研究進展

母治平

（重慶三峽職業(yè)學院 動物科技學院，重慶 404155）

1 前言

精液質(zhì)量對提高農(nóng)場經(jīng)濟效益起至關(guān)重要的作用，但精子質(zhì)量受許多因素的影響，如遺傳、管理、環(huán)境和營養(yǎng)。脂肪酸作為能量來源，是細胞物理和功能結(jié)構(gòu)的重要組成部分。多 不 飽 和 脂 肪 酸，如 亞 油 酸（C18 ∶2n-6）、α- 亞 麻 酸（C18 ∶3n-3）、二 十 碳 五 烯 酸（EPA，C20 ∶5n-3）、二 十二 碳 六烯 酸（DHA，C22 ∶5n-3）可能以生殖組織為靶點，改變生殖功能和生育能力（Thatcher 和Staples，2007）。哺乳動物精子中多不飽和脂肪酸的含量非常高，尤其是DHA 和EPA，其脂肪酸含量具有物種特異性。精子的膜脂組成與特定功能相關(guān)，因為它促進了不同流動性和滲透性微區(qū)域的形成，而這些微區(qū)域是達到和融合卵母細胞必需的。此外，精子質(zhì)膜的脂質(zhì)組成是決定精子移動性、冷敏感性、整體存活率和膜完整性的主要因素。多不飽和脂肪酸在精子膜的流動性和對脂質(zhì)過氧化作用的敏感性方面起重要作用。哺乳動物精子膜中n-3 和n-6 多不飽和脂肪酸占總脂肪酸量30% ～50%，其對生殖活性起至關(guān)重要的作用，并有助于調(diào)節(jié)精子流動性和頂體反應(yīng)（Rooke 等，2001）。有研究將多不飽和脂肪酸添加到精液添加劑中，以改善雄性反芻動物的精子質(zhì)量，減少冷凍對精子細胞的損傷，提高冷凍精子的脂肪酸組成和質(zhì)量（Abavisani 等，2013）。但這些研究的結(jié)果相互矛盾，可能原因是由于日糧脂肪酸種類和數(shù)量的變化，特別是n-3 和n-6 多不飽和脂肪酸及不同物種精子和精子多不飽和脂肪酸組成的差異。精子多不飽和脂肪酸組成的差異可能影響精子細胞膜的柔韌性和壓縮性，這些特性可能會影響細胞膜適應(yīng)精子特有鞭毛運動的能力。本文介紹了瘤胃多不飽和脂肪酸新陳代謝，及其對雄性反芻動物繁殖、睪丸和性激素生成的影響，同時也指出一些必要的策略，以便更有效地將多不飽和脂肪酸應(yīng)用到反芻動物中。

2 瘤胃脂質(zhì)和多不飽和脂肪酸的代謝

早期對瘤胃脂質(zhì)代謝的研究主要關(guān)注脂肪酸通過瘤胃并暴露于微生物種群后的代謝，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脂肪酸在瘤胃中主要發(fā)生兩個過程：脂類中酯鍵的水解和不飽和脂肪酸的生物氫化。在反芻動物中，當脂質(zhì)進入瘤胃時，脂質(zhì)代謝的最初過程是水解甘油三酯、磷脂和糖脂中的酯鍵。食物中的脂質(zhì)在瘤胃中被細菌和原生動物產(chǎn)生的脂肪酶、半乳糖苷酶、磷脂酶等酶廣泛水解，形成游離脂肪酸和甘油，而單甘油酯或雙甘油酯的積累很少。甘油發(fā)酵迅速，產(chǎn)生丙酸作為主要的最終產(chǎn)物，雖然水解程度較高，但影響水解速度和程度的因素較多，如隨飼糧中脂肪水平的增加或瘤胃pH低、離子團等因素抑制細菌活性和生長，水解程度降低。

不飽和脂肪酸的生物氫化作用是日糧脂肪在瘤胃內(nèi)發(fā)生的第二次轉(zhuǎn)化，氫化作用發(fā)生在游離脂肪酸上，影響水解的因素也會影響生物氫化作用。不飽和脂肪酸在瘤胃內(nèi)的半衰期相對較短，因為它們會被微生物迅速氫化為更飽和的終產(chǎn)物。瘤胃生物氫化的第一步通常包括順式12 雙鍵與反式11 構(gòu)型的異構(gòu)化，從而產(chǎn)生共軛的二或三烯脂肪酸，接下來是順式9 雙鍵的還原，生成反式11 脂肪酸，最后一步是進一步氫化反式11 雙鍵產(chǎn)生硬脂酸或C18 ∶1 反式15 脂肪酸（Harfoot和Hazlewood，1988）。但 當 大 量 的n-6 多 不 飽和脂肪酸可用時，氫化反應(yīng)通常在最后一步之前停止，導致單烯酸的各種順式和反式異構(gòu)體。瘤胃脂肪酸的生物加氫速率隨不飽和度的增加而加快，亞油酸和亞麻酸是這一過程的主要底物，在大多數(shù)日糧中，n-6 和n-3 多不飽和脂肪酸分別氫化70% ～95% 和85% ～100%（Beam 等，2000）。當飼糧中添加高濃縮物時，這種廣泛的氫化水平會降低，這可以歸因于在低pH 抑制了脂解作用。

3 脂質(zhì)和多不飽和脂肪酸在雄性動物生殖中的生物學作用

3.1 精子細胞膜的基本組成 脂類根據(jù)水解產(chǎn)物的類型可分為簡單脂類和復(fù)雜脂類兩大類。簡單脂類指每個分子產(chǎn)生1 ～2 個水解產(chǎn)物，即3-2- 甘油和單甘油，游離和酯化膽固醇和游離脂肪酸。復(fù)雜脂類以磷脂為主，磷脂水解后產(chǎn)生含有脂肪酸和磷酸的混合物。磷酸基可與多種醇類或氨堿結(jié)合，產(chǎn)生動物細胞膜的關(guān)鍵成分，包括磷脂酰肌醇（又俗稱腦磷脂）、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰膽堿（又俗稱卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺和鞘磷脂。精子的活力取決于線粒體鞘的完整性，其中磷脂是主要成分，如果這些磷脂中的脂肪酸被氧自由基氧化，精子活力就會受到損傷，進而對精子運動能力造成負面影響。

3.2 精子活動的能量來源 精子活動是指精子在精液或生殖道中活動或游動的能力，這需要大量的能量供應(yīng)。果糖被認為是精子活動的主要能量來源。但在缺乏可氧化可溶性碳水化合物的情況下，磷脂可能被用于精子的能量生產(chǎn)。Lardy 和Phillips（1994）認為，在無碳水化合物的情況下，牛精子的能量來源似乎是細胞內(nèi)磷脂的氧化，在有氧培養(yǎng)時，精子的磷脂含量顯著降低。磷脂含有高水平的多不飽和脂肪酸，磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽堿和磷脂酰絲氨酸，是細胞膜的重要成分。

3.3 提供合成前列腺素的前體 n-3 和n-6 多不飽和脂肪酸均為前列腺素合成提供前體，可調(diào)節(jié)參與前列腺素和類固醇代謝的許多關(guān)鍵酶的表達。多不飽和脂肪酸能影響前列腺素合成和類固醇生成過程中涉及的生物合成途徑，這些生物合成途徑在調(diào)節(jié)動物功能中發(fā)揮多種作用。亞麻油酸轉(zhuǎn)化為花生四烯酸，這是前列腺素合成的2 個前體，而亞麻酸轉(zhuǎn)化為EPA。此外，EPA 可以被拉長并去飽和為DHA，雖然DHA 不是前列腺素合成的前體，但卻是細胞膜的重要成分（Wathes等，2007）。前列腺素2α 直接作用于睪丸收縮組織的外層和附睪，增加精子從附睪通過不同管道的速度（Mekonnen 等，1989）。

4 多不飽和脂肪酸對激素分泌和睪丸發(fā)育的影響

脂肪酸是細胞膜磷脂層的組成成分，可能影響細胞膜的性質(zhì)和細胞膜組分之間的相互作用。雄性動物生殖系統(tǒng)的活動涉及到下丘腦- 垂體-睪丸軸，控制睪丸發(fā)育、激素分泌和精子形成。有研究表明，多不飽和脂肪酸或其衍生的類二十碳體與該軸呈直線關(guān)系，因此，日糧多不飽和脂肪酸影響促性腺激素釋放激素、黃體生成素、卵泡刺激素的分泌（Saksena 等，1999）。日糧中添加魚油（n-3 多不飽和脂肪酸）可能影響睪丸細胞膜磷脂成分，改變促性腺激素受體的表達和親和力，影響睪酮合成速度。相比之下，日糧中添加大豆油（n-6 多不飽和脂肪酸）對生長期雄性動物的睪酮濃度沒有顯著影響（Adibromadi 等，2012）。但與對照組或豆油相比，魚油日糧顯著提高了睪丸生長測量值（周長、體積、寬度和長度）、精小管和管腔直徑、間質(zhì)細胞、精原細胞、精母細胞計數(shù)以及新鮮睪丸質(zhì)量，這說明魚油日糧中n-3 多不飽和脂肪酸含量較高，對性腺發(fā)育有積極影響，日糧DHA 水平越高，性腺發(fā)育越好。

已有研究表明，胰島素樣生長因子I（IGF-I）是影響精子生殖細胞發(fā)育、成熟和活力的重要因素之一，如Selvaraju 等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，通過體外添加IGF-I 來提高水牛精子的質(zhì)量，該研究報道了IGF-I 作為一種抗氧化劑和維持功能膜完整性來提高精子活力和活性。Fair 等（2014）研究表明，與添加飽和棕櫚酸相比，添加魚油的公羊在第9 周IGF-I 濃度更高，結(jié)果暗示多不飽和脂肪酸與IGF-I 調(diào)控睪丸發(fā)育有關(guān)。但到目前為止，多不飽和脂肪酸影響睪丸組織IGF-I 濃度的機制尚未闡明。

5 多不飽和脂肪酸補充方式對精子膜脂肪酸修飾及精子質(zhì)量的影響

5.1 添加到精液增稠劑中的多不飽和脂肪酸 低溫保存對精子活力、活性和細胞膜狀態(tài)產(chǎn)生有害影響。多不飽和脂肪酸能改變精子細胞膜的脂肪酸分布，從而影響精子質(zhì)量，尤其是在冷休克或低溫保存條件下。但多不飽和脂肪酸對精子的影響和冷凍程序通過改變膜的特點是有爭議的，并且可能與多不飽和脂肪酸含量及成分類型有關(guān)。Abavisani 等（2013）研究了n-3 多不飽和脂肪酸對牛精子質(zhì)量的潛在保護作用，在冷卻和冷凍保存條件下，將3 種不同濃度的n-3 多不飽和脂肪酸（1%、2.5% 和5%）與聚乙二醇聯(lián)合添加到精子保存劑中發(fā)現(xiàn)，在低溫和凍融條件下貯藏24和48 h 后，牛精子活力和活性均無明顯改善，作者認為將n-3 多不飽和脂肪酸直接添加到精子保存劑中不能有效地保護精子膜在冷卻和冷凍時的反應(yīng)。Kaka 等（2015）將n-3 多不飽和脂肪酸（5 ng/mL）添加到Tris 增稠劑中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以改善凍融牛精子的質(zhì)量，結(jié)果表明，添加n-3 多不飽和脂肪酸濃度對精子增稠劑具有重要作用，增加了膜的流動性和抗凍性，有助于提高精子總活力和膜功能完整性。但高濃度并不能產(chǎn)生更好的精子特征，這可能是因為存在更多的脂肪酸使哺乳動物的精子易受脂質(zhì)過氧化的影響。

哺乳動物精子對脂質(zhì)過氧化非常敏感，這是由于精子細胞膜磷脂含量高，多不飽和脂肪酸側(cè)鏈多。精漿通過其組成的抗氧化劑對過氧化提供一定的保護，但精液的稀釋降低了精子抗氧化能力。此外，在冷凍保存過程中補充多不飽和脂肪酸可以增加活性氧的產(chǎn)生，從而攻擊多不飽和脂肪酸的雙鍵。因此，在精液中加入抗氧化劑是有益的（Nasiri 等，2012）。

5.2 日糧添加多不飽和脂肪酸 一般來說，多不飽和脂肪酸是精子細胞膜的主要成分，會影響精子質(zhì)量與膜的生理特點。在日糧中加入多不飽和脂肪酸可引起精子質(zhì)膜脂肪酸譜的改變，從而提高精子質(zhì)量。Kelso 等（1997）報道，多不飽和脂肪酸在精子的脂質(zhì)代謝、運動性和與卵母細胞融合的能力中發(fā)揮重要作用，精子脂質(zhì)中n-3 多不飽和脂肪酸含量的下降伴隨老年公牛精子數(shù)量和射精活力的下降。Calisici（2010）研究日糧添加omega-3- 脂肪酸對荷斯坦公牛黑白花奶牛精子質(zhì)量低溫貯藏前后的影響發(fā)現(xiàn)，喂食亞麻油的公牛肌肉中DHA 含量和解凍后精子活力增加。

6 利用多不飽和脂肪酸提高雄性反芻動物繁殖性能的策略

脊椎動物不能合成n-3 和n-6 多不飽和脂肪酸，必須通過日糧提供，以C18 植物前體（亞麻酸或亞油酸）的形式提供，或以動物組織中C20 或C22 衍生物的形式提供。反芻動物的日糧通常含有4%～5%的脂肪，較高的水平可能會對瘤胃微生物發(fā)酵產(chǎn)生不利影響，因此，一般建議日糧脂肪水平不應(yīng)超過6% ～7%。反芻動物飼料中脂肪的主要來源是牧草和濃縮料，牧草的總油脂含量普遍較低，但其脂肪酸中n-3 多不飽和脂肪酸所占比例較高（＞50%）（Wood 和Fearon，2009）。新鮮牧草在反芻動物日糧中占有很大比重，往往是n-3 多不飽和脂肪酸的主要來源，但由于新鮮牧草的干物質(zhì)含量較低，導致反芻動物日糧中多不飽和脂肪酸的總量也不高。在富含多不飽和脂肪酸不同原料中，向日葵、紅花、亞麻籽、大豆等植物源油中所含的必需脂肪酸含量較高，對提高生殖性能具有重要意義。魚油也是理想的n-3 多不飽和脂肪酸來源。

在過去的幾年里，人們對尋找保護日糧不飽和脂肪酸免受生物氫化影響的方法一直很感興趣，這些方法包括對脂蛋白基質(zhì)進行甲醛處理，用不溶于水的脂膜進行微膠囊化，制備脂肪酸酰胺及脂肪酸鈣鹽形式添加，其中鈣鹽的功效最為顯著（Putnam 等，2003）。在真胃酸性pH 下，脂肪酸從長鏈脂肪酸鈣中解離，然后從小腸中有效吸收。瘤胃液中長鏈脂肪酸鈣解離最大pH 為5.0，最小pH 為6.5，且與脂肪酸不飽和有關(guān)（Syadati等，2012）。因此，瘤胃pH 低、脂肪酸不飽和度升高等因素會導致鈣- 脂肪酸復(fù)合物的解離，從而導致生物氫化反應(yīng)。

7 結(jié)論

多不飽和脂肪酸是一種重要的營養(yǎng)物質(zhì)，對維持精子膜的流動性具有重要作用。在雄性反芻動物中，飼糧中添加多不飽和脂肪酸可以改變精子膜的流動性或通透性，提高生殖性能，從而促進睪丸發(fā)育、精子發(fā)生、精子活力和精子冷凍前后的活力。日糧中多不飽和脂肪酸與維生素E、C 的結(jié)合，由于其具有抗氧化能力和保護精子膜完整性的作用，可以更好地改善精子質(zhì)量。多不飽和脂肪酸與相關(guān)激素如黃體生成素、卵泡刺激素、睪丸激素、胰島素樣因子-1 的分泌有關(guān)，這些激素濃度的波動會通過生物學機制影響雄性動物的生殖健康。